燃烧理论基础第六章要点分析.pptVIP

第六章 气体燃料的喷射与燃烧（Jet and combustion of gaseous fuels） 汽车与交通工程学院 王维强 主要内容 6.1 概述 6.2 无燃烧的气体平面射流 6.3 轴对称气体的自由射流 6.4 静止空气中轴对称射流的燃烧 6.5 受限射流的扩散火焰 Jet Flames Simple Jet Flames 简单射流火焰 Piloted Jet Flames 引导射流火焰 Bluff Body Flames 内置钝体火焰 Swirl Flames 旋流火焰 Simple Jet Flames Simple Jet Flames cont’d Simple Jet Flames cont’d Piloted Jet Flames Piloted Jet Flames cont’d Bluff Body Flames Swirl Flames 射流形式 由喷口几何结构 圆形射流：以圆截面喷口流出，对称于射流轴向，二维。 环形射流：在一次射流周围引入二次空气。 平面射流：喷口为狭窄的缝隙。 交叉射流：以某一角度贯穿入主流的射流。 射流形式 由周围介质的运动状态 自由射流：无穷大均匀空间，射流不受周围边界的约束干扰。 受限射流：受介质边界尺寸和边界摩擦约束，会影响到射流状态（运动、混合）。 Turbulent Free Jets Momentum Jets Buoyant Jets Schlieren Photograph of the Jet Flow射流的纹影照片 射流场的描述方法 6.2 无燃烧的气体平面射流 在实际的射流中，气流从喷口喷出来后有一个发展过程 湍流自由射流分区：势核区、过渡区、充分发展区 图6-7 势核区：紧靠喷口的下游的锥形流区 ，流体的速度、温度与浓度保持喷口处的数值，长度约为喷口宽度di的4-6倍 过渡区：长度约为喷口宽度di的10倍 充分发展区：忽略化学的反应、热辐射及压力梯度等，任意截面x处的参数具有相似性。 单侧边界层厚度δ:从y 0的轴线处与其垂直方向到流速等于0.99u∞处的距离 速度梯度已非常小 6.3 轴对称气体的自由射流 6.4 静止空气中轴对称射流的燃烧 假设燃料气以射流形式喷入空气中燃烧。空气中氧的浓度为Y∞，燃料射流的燃烧是在扩散过程中进行的。 射流中的燃料及环境中的氧由于对流扩散而相互传递，在燃料与氧处在化学计量比的地方，立即燃烧。 在理想扩散火焰中反应区无限薄，它既不渗透氧也不渗透燃料 即燃料与氧都在此无限薄的火焰面烧光 。 在火焰的燃料一侧没有氧，在氧的一侧没有燃料 假设条件： 1 忽略热辐射损失。 2 忽略体积力 如重力、电力及磁力等 。 3 物性参数不随温度及成分变化。 4 忽略化学反应对流动的影响。 6.5 受限射流的扩散火焰 燃气轮机、冲压式喷气发动机及工业炉灶的射流火焰都是被限制在容积有限的燃烧室中进行的，燃烧室中的空气既不是纯净的，也不是静止的。又由于氧化的程度是有限的且受到固体表面的约束，因此使喷射流受到外围介质的外力干扰作用。 可将受限射流燃烧分成横向流和纵向流两大类。 受限射流多半是较复杂的三维问题，因此本节提出的一些结果主要取自于实验研究。 6.5.1 横向受限射流火焰 横向射流是指燃料射流喷射方向与外界 或燃烧室内 空气流方向相垂直的射流。 控制有横向流的受限射流火焰的一个最重要的因素是主流流速与燃料射流出口速度的相对值的大小。 6.5.2 纵向受限射流火焰 在涡轮机中，燃料喷射方向与空气流相平行，为纵向射流。 Shapiro学者对高速高温射流喷入平行导管的主流中 较慢、曲较低 的湍流混合现象作了研究 6.5.3 Burk-Schumann纵向层流受限射流火焰理论解 如果燃料在富氧气氛中燃烧，则火焰层出现在燃料管的上方呈锥体，称此为供氧过剩火焰，如令rc 0，即可求得火焰高度。 倘若在缺氧气氛中燃烧，则火焰层位于环状空气流之上，呈S型，称此为供氧不足火焰。如令rc dd/2时，求得其火焰高度。 由图6-29可以看到当YOi 0.5时，便出现供氧过剩火焰。 Burk—Schumann用理论解求得的层流火焰形状与实际火焰的形态相当接近。 贝克-舒曼火焰实验 射流扩散火焰可以由本生灯试验系统关闭一次空气而得到，一般说扩散火焰颜色发黄，比预混火焰更明亮，更长。没有管内回火，燃料较富时易产生碳烟。 纵向受限同轴射流扩散火焰是研究和应用较多的一种火焰。将一根细管放在一粗管（玻璃管）内部，使两管同心，燃料和氧化剂分别从两管通过。在管口点燃。调整燃料和氧化剂流量可以得到贝克-舒曼火焰。 Thank you for your atte